Divergent fasting lactate responses are associated with serum multi-omics remodelling after 14-week high-intensity interval training in type 2 diabetes

技术摘要：高强度间歇训练（HIIT）后 2 型糖尿病患者发散性空腹乳酸反应与血清多组学重塑

问题陈述
2 型糖尿病（T2DM）的特征是糖代谢调节受损、胰岛素抵抗以及底物代谢改变。虽然运动训练是改善血糖控制和心肺耐力的基石，但个体间的代谢适应具有异质性。现有文献承认乳酸不仅是一种代谢废物，更是一种将糖酵解通量、线粒体氧化与氧化还原平衡联系起来的碳载体和信号代谢物。然而，目前仍存在研究空白，即：针对慢性运动后的空腹乳酸反应在 T2DM 患者中是否具有一致性，是否存在不同的乳酸反应表型，以及这些表型如何与更广泛的血清代谢组学和蛋白质组学重塑相关联。此外，T2DM 患者与非糖尿病对照组之间空腹乳酸的基线差异（可能受药物如二甲双胍的影响）也需要进行表征，以通过背景化来理解运动诱导的适应。

方法论
本研究采用纵向设计，包含两个队列：

1. 独立基线验证队列： 通过对 120 名 T2DM 患者和 232 名非 T2DM 对照组进行横断面比较，以建立基线空腹乳酸水平和血清代谢组图谱。
2. 运动干预队列： 一项为期 14 周的监督式划船高强度间歇训练（HIIT）计划，涉及 40 名 T2DM 患者（及 13 名非运动对照）。参与者在基线（第 0 周）、第 7 周和第 14 周接受评估。

关键程序：

• 运动方案： 监督式划船机训练（每周 3 次），强度基于最大负荷进行设定（40% 低强度 vs. 90% 高强度间歇），从第 1–7 周进展至第 8–14 周。
• 表型鉴定： 根据第 0 周至第 14 周空腹乳酸的变化量 ($\Delta$Lactate) 将参与者分为三组：乳酸降低组 (LD)、乳酸维持组 (LM) 和乳酸升高组 (LI)。
• 多组学分析：
  • 代谢组学： 通过 LC-MS 进行非靶向血清代谢组学分析（极性代谢物和脂质），针对基线和纵向队列采用不同的工作流程。
  • 蛋白质组学： 通过数据非依赖性采集 (DIA) 质谱技术进行血清蛋白质组学分析。
• 临床指标： 空腹血糖、胰岛素、HbA1c、HOMA-IR、连续血糖监测 (CGM) 剖面、VO$_{2peak}$ 以及身体成分 (DXA)。
• 统计分析： 使用混合效应模型处理纵向数据，采用 Spearman 相关性分析和回归模型（调整基线乳酸、年龄、性别、BMI 和药物类别），以识别与乳酸反应相关的分子特征。通过探索性网络分析整合临床、代谢组学和蛋白质组学数据。

关键结果

• 基线差异： 与非 T2DM 对照组相比，T2DM 患者的空腹乳酸显著升高（1.72 vs. 1.06 mmol/L），并伴有糖-胰岛素稳态受损及探索性代谢组学差异（例如，异黑素酸升高，脑酯类 C 减少），但在基线队列中没有特征能在全局 FDR 校正下存活。
• 异质性乳酸反应： 14 周的 HIIT 干预诱导了发散性的空腹乳酸轨迹：
  • LD 组： 显著下降（$-1.08 \pm 1.20$ mmol/L）。
  • LM 组： 变化极小（$+0.09 \pm 0.21$ mmol/L）。
  • LI 组： 显著上升（$+1.15 \pm 0.60$ mmol/L）。
  • 基线乳酸水平与随后的变化量呈负相关（$\rho = -0.63$）。
• 临床脱节： 尽管所有运动组均显示出血糖控制（HbA1c、CGM 指标）和 VO$_{2peak}$ 的改善，但 LI 组 与 LD 和 LM 组相比，表现出空腹胰岛素、HOMA-IR 和甘油三酯的负面趋势。这表明乳酸反应捕捉到了一个不同于传统血糖改善的代谢维度。
• 代谢组学特征： 发散的乳酸反应与特定的血清代谢组重塑相关。最强的经调整候选特征是 PI(17:0/14:1(9Z))（磷脂酰肌醇）。其他顶端特征包括磷脂酸 (PG)、磷脂酰胆碱 (PC)、泛醌 Q1 和酰基肉碱。这些发现指向了磷脂/鞘脂通路、脂肪酸处理和氧化还原代谢方面的重塑。
• 蛋白质组学特征： 血清蛋白质组学强调了与脂质/脂肪因子信号传导（如 ANGPTL8、CIDEB）、免疫/补体活性（如 FCN2）、细胞外重塑（如 NOTUM）以及细胞应激/RNA 调节（如 DRG1）相关的联系。
• 集成网络： 一个以乳酸为中心的网络将基线乳酸与胰岛素抵抗 (HOMA-IR) 联系起来，并在干预后将其与甘油三酯和年龄联系起来。响应层则将乳酸变化与甘油磷脂重塑、鞘脂信号传导以及全身性免疫/脂质重塑相连。

意义与主张
本文主张，空腹乳酸反应作为 T2DM 中的一种异质性代谢适应表型，其捕捉到的信息是传统血糖指标无法完全涵盖的。具体而言：

1. 独特的代谢轴： 空腹乳酸反应代表了一个不同于空腹血糖变化的临床轴，揭示了即使在血糖控制均匀改善的情况下依然存在的代谢异质性。
2. 风险分层： 尽管运动能力和血糖控制有所提高，但“乳酸升高”表型仍与不利的胰岛素抵抗和甘油三酯反应相关，这表明其可能作为残余心血管代谢风险或底物处理压力的潜在标志物。
3. 多组学背景： 研究提供了探索性证据，表明发散的乳酸反应是由涉及脂质处理（磷脂、鞘脂）、氧化还原平衡和免疫/细胞外信号传导的系统性重塑所驱动，而非孤立的乳酸浓度变化。
4. 精准医学潜力： 作者指出，空腹乳酸可能有助于识别那些在运动后出现不利胰岛素和脂质反应的 T2DM 患者，这需要通过更大规模的队列进行针对性验证，以完善精准运动医学策略。

作者明确指出，代谢组学和蛋白质组学研究结果属于探索性和假设生成性质，并指出其局限性，包括样本量较小、缺乏组织水平（肌肉/肝脏）的验证，以及缺乏同位素示踪通量定量。他们并未声称发现了因果中介作用或经过验证的生物标志物面板，而是提供了一个将乳酸动态与更广泛的代谢和蛋白质组重塑联系起来的系统级总结。